AT505319B1 - Vorrichtung zur messung der ladungsbewegung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Ladungsbewegung zu Folge der Einlassströmung im Arbeitsraum einer Kreiskolbenmaschine, insbesondere einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine, wobei der Arbeitsraum von einem Gehäuse gebildet wird, welches dazu ausgebildet ist, einen Kreiskolben aufzunehmen, welcher entlang einer in Form einer Epitro-choide gestalteten Gehäusewand umläuft. Für Hubkolbenbrennkraftmaschinen sind verschiedene Messmethoden bekannt, um die Ladungsbewegung im Zylinder zu ermitteln. Dazu wird meist der Zylinderkopf oder ein Blaskasten, der den Einlasskanal enthält und somit den Zylinderkopf als Modell darstellt, auf dem Zylinder mit der Bohrung des Motors montiert und durch den Einlasskanal und den anschließenden Zylinder meist bei verschiedenen Ventilhüben eine Strömung und somit eine Ladungsbewegung (Drall und/oder Tumble) im Zylinderraum erzeugt. Diese Ladungsbewegung wird mit bekannten Messmethoden (Drehflügel, Momentenmessmethode, Strömungssensoren zur differentiellen Erfassung des Strömungsfeldes und dergleichen) erfasst und ausgewertet. Damit ist es möglich, nach entsprechender Normierung der Messergebnisse die Einlasskanäle von Hubkolbenmaschinen hinsichtlich der erreichten Ladungsbewegung zu klassifizieren.

Da eine Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Art keinen zylindrischen Arbeitsraum aufweist ist es nicht ohne weiteres möglich, die Ladungsbewegung der Einlasskanäle mit bekannten einfachen Messaufbauten am Strömungsprüfstand zu erfassen.

Aus der DE 26 132 75 1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung und Abstimmung der Drallströmung in Verbrennungsräumen von Kolbenmotoren mit einer zylindrischen Kammer, mit einem drallerzeugenden Einlass zu der Kammer und mit einer Drallmesseinrichtung bekannt. Die zylindrische Kammer wird von einer Strömungsgleichrichterplatte abgeschlossen, welche dem Kolben des Motors entspricht, so dass der Verbrennungsraum nachgebildet ist, wobei die Strömungsgleichrichterplatte an einer Kraftmesseinrichtung befestigt ist.

Aus der DE 40 41 076 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Wirbelkomponenten von Strömungen in Zylinderräumen von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche eine Strömungsgleichrichtervorrichtung und eine Mess Vorrichtung aufweist. Über die Strömungsgleichrichtervorrichtung wird die Strömung derart umgelenkt, dass sie nach Passieren dieser keinen Impuls in Richtung der Achse der Strömungsgleichrichtervorrichtung und keinen Drehimpuls um die Achse der Strömungsgleichrichtervorrichtung haben. Über eine Messvorrichtung werden während des Strömungsvorganges an der Strömungsgleichrichtervorrichtung entstehende Reaktionsgrößen ermittelt. Dadurch können Wirbelkomponenten in von Strömungen über gemessene Reaktionsgrößen ermittelt werden.

Keine der bekannten Verfahren eignet sich, um unmittelbar eine Ladungsbewegungsmessung bei einer Kreiskolbenmaschine durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, auf möglichst einfache Weise das Ladungsbewegungspotential zu Folge der Einlassströmung im Arbeitsraum einer Kreiskolbenbewegung zu ermitteln. Dabei sollen von Hubkolbenmaschinen bekannte Messmethoden angewendet werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein im wesentlichen rohrförmiger Messzylinder, dessen Radius etwa dem Radius eines sich an die Epitrochoide anschmiegenden Kreises entspricht, auf eine Stirnseite des geöffneten, kolbenlosen Gehäuses so aufgesetzt ist, dass die Achse des Messzylinders etwa parallel zur Drehachse des Kreiskolbens und ein Teil der Wand des Messzylinders fluchtend mit einem einlassseitigen Abschnitt der Epitrochoide angeordnet ist und der Messzylinder einen einlassseitigen Bereich des Arbeitsraumes überdeckt, wobei der Rest des Arbeitsraumes, der sich außerhalb des Messzylinders befindet, durch ein Füllelement ausgefüllt ist, welches den Messzylinder in den Arbeitsraum fortsetzt, und dass im oder stromabwärts des Messzylinders eine Strömungsmesseinrichtung angeordnet ist, über welche bei Durchströmung des Einlasskanals eine dabei erzeugte Ladungsbewegung erfassbar ist. 3 AT 505 319 B1

Nach Abdichten des Messzylinders und des Füllelements wird eine Einlassströmung durch den Einlasskanal erzeugt und mittels der Strömungsmesseinrichtung das Ladungsbewegungspotential erfasst, welches als Grundlage für eine Klassifizierung der Einlasskanäle herangezogen werden kann. 5

Die Ladungsbewegung kann durch ein Drall-Messgerät oder ein Tumble-Messgerät erfasst werden.

Um eine Drallmessung durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn am Ausgang des Mess-io Zylinders ein axialer Strömungsgleichrichter und/oder ein Flügelrad angeordnet ist, wobei vorzugsweise der axiale Strömungsgleichrichter bzw. das Flügelrad einen definierten Abstand von der Stirnseite des Gehäuses aufweist.

Auch eine Tumblemessung kann in einfacherWeise durchgeführt werden. Dazu ist vorgesehen, 15 dass am Ausgang des Messzylinders ein sphärischer Gleichrichter angeordnet ist.

Die Strömungsmessung kann über jede bekannte Methode unter Verwendung eines Drehflügelmessgerätes, eines Momentenmessgerätes, eines Staudruckanemometers, eines Ultraschallanemometers, eines Hitzdrahtanemometers, eines PIV-Systems (Particle Image Veloci-20 metry), eines Global-Doppler-Anemometers oder eines Laser-Doppleranemometers durchgeführt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch: 25 Fig. 1 die Messanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren in einer Draufsicht,

Fig. 2 die Messanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1 in einer ersten

Ausführungsvariante und

Fig. 3 die Messanordnung in einem Schnitt analog zu Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsvariante. 30

Fig. 1 zeigt in einer stirnseitigen Ansicht das Gehäuse 1 einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 mit geöffneter Stirnseite. Mit Bezugszeichen 2 ist der Einlasskanal, mit Bezugszeichen 3 der Auslasskanal bezeichnet. Die inneren Gehäusewände 1a sind in Form einer Epitrochoide ε gestaltet und bilden die Lauffläche für einen umlaufenden Kreiskolben 4, der mit strichlierten 35 Linien angedeutet ist. Bezugszeichen 5 deutet die Lage einer Zündkerze an.

Um eine Messung der Ladungsbewegung L im Arbeitsraum 6 durchführen zu können, wird bei geöffneter Stirnseite 11 des Gehäuses 1 ein rohrförmiger Messzylinder 7 in Richtung der Drehachse des Kreiskolbens 4 auf das Gehäuse 1 aufgesetzt, wobei der Radius r des Messzylinders 40 7 dem Radius R eines Schmiegekreis k an die Epitrochoide ε der Gehäusewand 1a entspricht.

Die Achse 7a des Messzylinders 7 ist dabei etwa parallel zur Drehachse des Kreiskolbens 4 angeordnet. Ein Teil der Wand 7' des Messzylinders 7 ist fluchtend mit einem einlassseitigen Abschnitt der Epitrochoide ε ausgebildet, sodass der Messzylinder 7 einen einlassseitigen Abschnitt des Arbeitsraumes 6 überdeckt. Der restliche Teil des Arbeitsraumes 6 wird durch ein 45 Füllelement 8 zum Zylinder ergänzt, sodass sich der Messzylinder bis in den Arbeitsraum 6 fortsetzt (siehe Fig. 2 und 3). Im Endbereich des Messzylinders 7 ist beispielsweise eine Strömungsmesseinrichtung 13 mit einem Strömungsgleichrichter 9 oder einem Flügelrad 10 angeordnet. Im Falle des Einsatzes eines Flügelrades 10 sollte dieses von der Stirnseite 11 des Gehäuses 1 um einen definierten Abstand a entfernt sein, welcher zum Beispiel mindestens so 1,75 mal dem Durchmesser D des Messzylinders 7 entsprechen kann.

Fig. 2 zeigt einen analogen Messaufbau für eine Messung der Tumble-Bewegung T. Dabei ist am Austritt des Messzylinders 7 ein sphärischer Strömungsgleichrichter 12 vorgesehen. 55 Für die eigentliche Messung wird auf einem Strömungsprüfstand für stationäre Strömung bei

Claims (4)

1. 4 AT 505 319 B1 einem ausreichenden Druckgefälle von etwa 25 mbar - 100 mbar der Bereich zwischen dem fEinlasskanal 2 und dem Messzylinder 7 durchströmt. Dabei wird Luft über die Einlasskanäle 2 und den durch das Füllelement 8 annähernd zum Zylinder geformten Arbeitsraum 6 in den Messzylinder 7 angesaugt und je nach Formgebung der Einlasskanäle 2 eine mehr oder weniger starke Ladungsbewegung L generiert. Diese wird sodann mit einer bekannten Strömungsmesseinrichtung erfasst. Die Strömungsmessung selbst kann mit jeder herkömmlichen Methode unter Verwendung eines Drehflügelmessgerätes, eines Momentenmessgerätes, eines Staudruckanemometers, eines Ultraschallanemometers, eines Hitzdrahtanemometers, eines PIV-Systems, eines Global-Doppler-Anemometers, eines Laser-Doppleranemometers oder eines anderen Strömungsmessgerätes zur Ermittlung einer Ladungsbewegung, durchgeführt werden. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Einlasskanäle 2 von Kreiskolbenmaschinen einer Klassifizierung hinsichtlich Ladungsbewegung und Durchfluss zuzuführen. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Messung der Ladungsbewegung (L) zu Folge der Einlassströmung im Arbeitsraum (6) einer Kreiskolbenmaschine insbesondere einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine, wobei der Arbeitsraum (6) von einem Gehäuse (1) gebildet ist, welches dazu ausgebildet ist, einen Kreiskolben (4) aufzunehmen, welcher entlang einer in Form einer Epitrochoide (ε) gestalteten Gehäusewand (1a) umläuft, dadurch gekennzeichnet, dass ein im wesentlichen rohrförmiger Messzylinder (7), dessen Radius (r) etwa dem Radius (R) eines sich an die Epitrochoide (ε) anschmiegenden Kreises (k) entspricht, auf eine Stirnseite (11) des geöffneten, kolbenlosen Gehäuses (1) so aufgesetzt ist, dass die Achse (7a) des Messzylinders (7) etwa parallel zur Drehachse des Kreiskolbens (4) und ein Teil der Wand (7') des Messzylinders (7) fluchtend mit einem einlassseitigen Abschnitt der Epitrochoide (ε) angeordnet ist und der Messzylinder (7) einen einlassseitigen Bereich des Arbeitsraumes (6) überdeckt, wobei der Rest des Arbeitsraumes (6), der sich außerhalb des Messzylinders (7) befindet, durch ein Füllelement (8) ausgefüllt ist, welches den Messzylinder (7) in den Arbeitsraum (6) fortsetzt, und dass im oder stromabwärts des Messzylinders (7) eine Strömungsmesseinrichtung (13) angeordnet ist, über welche bei Durchströmung des Einlasskanals (2) eine dabei erzeugte Ladungsbewegung (L) erfassbar ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmesseinrichtung (13) durch ein Drall-Messgerät oder ein Tumble-Messgerät gebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Drallmessung am Ausgang des Messzylinders (7) ein axialer Strömungsgleichrichter (9) und/oder ein Flügelrad (10) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der axiale Strömungsgleichrichter (9) oder das Flügelrad (10) einen definierten Abstand (a) von der Stirnseite (11) des Gehäuses (1) aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Tumblemes-sung am Ausgang des Messzylinders (7) ein sphärischer Gleichrichter (12) angeordnet ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen